一种激光3D打印钨铜合金异形构件的方法及其构件技术

本发明专利技术公开了一种激光3D打印钨铜合金异形构件的方法及其构件，步骤为建模、选料、激光选区熔化成形激光3D打印多孔点阵结构的钨骨架构件、退火、后处理检验、清洁、渗铜最终获得钨铜合金构件，使用时，通过激光选区熔化成形3D打印钨骨架构件，由于激光选区熔化成形3D打印技术是一种精密制造技术，以成形构件的数学模型为基础，通过逐层扫描，使材料累积成型得到最终的构件，其具有对构件在全部空间上进行形状控制的能力，可以实现传统机械加工工艺所不能实现的复杂结构制造，采用激光选区熔化成形3D打印技术可以实现任意复杂结构钨铜合金构件的制造，且无需变形加工和机械加工处理，可以得到高致密度、性能优良的钨铜合金复杂结构异形构件。构异形构件。构异形构件。

【技术实现步骤摘要】
一种激光3D打印钨铜合金异形构件的方法及其构件


[0001]本专利技术涉及合金成形制造领域，具体涉及一种激光3D打印钨铜合金异形构件的方法及其构件。

技术介绍

[0002]钨铜合金同时具有钨的高熔点、高强度和铜的高导电特性，具有良好的导电和导热性能，耐电弧烧蚀能力强，广泛应用于电力、电子、仪器仪表等领域，用于制作热沉、高压触头开关，焊接电极等器件，但由于钨和铜无论是在固相还是液相状态下都不互溶，因此钨铜合金是一种具有典型铜相和钨相分离的假合金，假合金的结构，以及钨和铜的熔点差异巨大(一个大气压下，铜的熔点是1083.4oC，钨的熔点是3410oC)，使得钨铜合金无法采用传统得熔炼方法制造。
[0003]通常的钨铜合金产品均采用粉末冶金烧结钨骨架后，进行渗铜处理来制造。通过控制钨骨架的空隙率来控制钨铜合金中钨铜的比例，粉末冶金和熔渗方法结合尽管是十分成熟的钨铜合金制造方法，但由于工艺方法的本身固有限制，使得钨铜合金产品制造存在诸多不足，限制了钨铜合金的应用。
[0004]这些不足主要表现为：1.成熟的粉末冶金方法虽然可以有效地控制钨骨架烧结产品中的孔隙率，但是难以做到孔隙尺寸的高度一致，在空间分布上也存在一定的不均匀性，这使得进行渗铜处理后的钨铜合金虽然在宏观上可以控制钨和铜的比例达到一定的准确性，但是在微观区域的分布上，材料成分具有极大的不均性，产品性能也无法保证高度的一致性。这在某些对材料性能要求很高的领域，难以取得很好的应用。
[0005]2.粉末冶金方法制备的多孔钨骨架尽管能够保证绝大部分孔与材料表面连通，但是不可避免地，有一部分孔会在烧结多孔钨内部形成闭合，在进行铜熔渗处理时，这部分闭孔不能被铜液填充，从而保持在钨铜合金内部成为材料内部缺陷。因此，对材料强度要求较高的钨铜合金往往在熔渗后还需进行变形加工以提高材料的致密度和强度。
[0006]3.受制于粉末冶金成型模具和成型加工，以及在钨铜合金熔渗后需要的变形加工过程，制备获得钨铜合金原材料往往为圆棒或板材，在制作钨铜合金构件时以板材或圆棒作为原材料进行机械加工得到最终产品。机械加工过程除了增加制造成本、降低材料利用率等缺点外，还存在不能制造获得复杂结构的异形构件的问题，这大大限制了钨铜合金的应用。
[0007]因此，改变传统的粉末冶金制造钨铜合金的方法，获得具有任意复杂结构的、性能优良的钨铜合金构件，是扩展钨铜合金应用领域的关键。

技术实现思路

[0008]为解决现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种激光3D打印钨铜合金异形构件的方法及其构件。
[0009]本专利技术的技术方案为：
[0010]本专利技术提供了一种激光3D打印钨铜合金异形构件的方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1：建模，根据钨铜合金中铜的体积分数，确定钨骨架构件的孔隙率，并以孔隙率来确定多孔点阵结构钨骨架的数字模型，预先建模的该钨骨架构件的数字模型；
[0012]步骤2：选料，将粒径为10～50μm的球形钨粉作为原料；
[0013]步骤3：熔化成形激光3D打印，把原料通过激光选区熔化成形激光3D打印设备制造具有多孔点阵结构的钨骨架构件；
[0014]步骤4：退火，3D打印结束后，将钨骨架构件连同基板在600～1200℃下退火处理，退火后再从基板上取下钨骨架构件；
[0015]步骤5：后处理检验，将钨骨架构件依次进行去除支撑、喷砂、局部打磨、缺陷和尺寸检验操作；
[0016]步骤6：清洁，将钨骨架构件在液体中超声波清洗1～10分钟，冷风吹干后，采用真空封装，等待集中渗铜处理；
[0017]步骤7：渗铜，经过渗铜处理的钨骨架构件即为最终获得钨铜合金构件。
[0018]优选的，所述步骤1中，铜的体积分数为20～60％，建模时通过单位体积内的点阵元胞的数量和点阵结构中点和棱的尺寸来控制孔隙率。
[0019]优选的，所述步骤3中，所述激光选区熔化成形激光3D打印设备的激光器功率范围400～1000W，所述激光选区熔化成形激光3D打印设备的使用功率范围200～800W，3D打印层厚范围20～80μm，光斑直径100～200μm，扫描速度2～15m/s。
[0020]优选的，所述步骤4中，将钨骨架构件连同基板在600～1200℃氢气保护下退火处理，退火时间2～8小时。
[0021]优选的，所述步骤6中，将钨骨架构件依次在5％～10％浓度的NaOH溶液、去离子水、无水乙醇中超声波清洗1～10分钟。
[0022]优选的，所述步骤7中，采用埋渗法渗铜工艺，在氢气保护下的1100～1600℃条件下进行，通过毛细效应使熔化的纯铜液进入多孔点阵结构的钨骨架构件，而后冷却凝固保留在预留的孔隙中得到钨铜合金构件。
[0023]优选的，所述步骤7中，采用浸渗法渗铜工艺，在氢气保护下的1100～1600℃条件下进行，通过毛细效应使熔化的纯铜液进入多孔点阵结构的钨骨架构件，而后冷却凝固保留在预留的孔隙中得到钨铜合金构件。
[0024]本专利技术还提供了一种钨铜合金异形构件，通过上述一种激光3D打印钨铜合金异形构件的方法制备得到。
[0025]本专利技术所达到的有益效果为：通过激光选区熔化成形3D打印钨骨架构件，由于激光选区熔化成形3D打印技术是一种精密制造技术，以成形构件的数学模型为基础，通过逐层扫描，使材料累积成型得到最终的构件，其具有对构件在全部空间上进行形状控制的能力，可以实现传统机械加工工艺所不能实现的复杂结构制造，采用激光选区熔化成形3D打印技术可以实现任意复杂结构钨铜合金构件的制造，且无需变形加工和机械加工处理，可以得到高致密度、性能优良的钨铜合金复杂结构异形构件。
附图说明
[0026]图1是本专利技术实施例一制备的钨铜合金异形构件的示意图。
[0027]图2是本专利技术实施例一制备的钨铜合金异形构件的金相示意图。
具体实施方式
[0028]为便于本领域的技术人员理解本专利技术，下面结合附图说明本专利技术的具体实施方式。
[0029]本专利技术提供了一种激光3D打印制造钨铜合金异形构件的方法：
[0030]实施例一：包括以下步骤：
[0031]步骤1：建模，本实施例一中，钨铜合金中铜的体积分数为20％，确定钨骨架构件的孔隙率，并以孔隙率来确定多孔点阵结构钨骨架的数字模型，建模时通过单位体积内的点阵元胞的数量和点阵结构中点和棱的尺寸来控制孔隙率，预先建模的该钨骨架构件的数字模型，之所以采取点阵结构，是因为该类型的结构在空间上有重复性，这对保证最终的钨铜合金异形构件不表现出各向异性很重要；
[0032]本实施例一中，多孔点阵结构钨骨架的形状为长方体；
[0033]步骤2：选料，将粒径为10μm的球形钨粉作为原料；
[0034]步骤3：熔化成形激光3D打印，把原料通过激光选区熔化成形激光3D打印设备制造具有多孔点阵结构的钨骨架构件；
[0035]步骤4：退火，3D打印结束后，将钨骨架构件连同基板在600℃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光3D打印钨铜合金异形构件的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建模，根据钨铜合金中铜的体积分数，确定钨骨架构件的孔隙率，并以孔隙率来确定多孔点阵结构钨骨架的数字模型，预先建模的该钨骨架构件的数字模型；步骤2：选料，将粒径为10～50μm的球形钨粉作为原料；步骤3：熔化成形激光3D打印，把原料通过激光选区熔化成形激光3D打印设备制造具有多孔点阵结构的钨骨架构件；步骤4：退火，3D打印结束后，将钨骨架构件连同基板在600～1200℃下退火处理，退火后再从基板上取下钨骨架构件；步骤5：后处理检验，将钨骨架构件依次进行去除支撑、喷砂、局部打磨、缺陷和尺寸检验操作；步骤6：清洁，将钨骨架构件在液体中超声波清洗1～10分钟，冷风吹干后，采用真空封装，等待集中渗铜处理；步骤7：渗铜，经过渗铜处理的钨骨架构件即为最终获得钨铜合金构件。2.根据权利要求1所述的一种激光3D打印钨铜合金异形构件的方法，其特征在于，所述步骤1中，铜的体积分数为20～60％，建模时通过单位体积内的点阵元胞的数量和点阵结构中点和棱的尺寸来控制孔隙率。3.根据权利要求1所述的一种激光3D打印钨铜合金异形构件的方法，其特征在于，所述步骤3中，所述激光选区熔化成形激光3D打印设备的激光器功率范围400～1000W，所述激光选区熔化成形激光3...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈新贵，李泽厚，高猛，许中明，吴祖剑，
申请(专利权)人：泽高新智造广东科技有限公司，
类型：发明
国别省市：